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第十一章 以太网交换机工作原理

  • 网工路上的绊脚石
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  • 2023-08-04
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第十一章 以太网交换机工作原理

专栏总目录
第一章 计算机网络概述
第二章 OSI参考模型与TCPIP模型
第三章 局域网基本原理
第四章 广域网基本原理
第五章 IP基本原理
第六章 TCP与UDP
第七章 路由器、交换机及其操作系统介绍
第八章 命令行操作基础
第九章 网络设备文件管理
第十章 网络设备调试
第十一章 以太网交换机工作原理
第十二章 配置Vlan
第十三章 STP协议
第十四章 交换机端口安全技术
第十五章 链路聚合
第十六章 IP子网划分
第十七章 DNS
第十八章 文件传输协议
第十九章 DHCP
第二十章 IPv6
第二十一章 IP路由原理
第二十二章 VLNA间路由
第二十三章 静态路由
第二十四章 路由协议概述
第二十五章 RIP
第二十六章 OSPF
第二十七章 ACL
第二十八章 NAT
第二十九章 HDLC&PPP
第三十章 3G+WLAN
第三十一章 H3CNE综合实验

本篇文章目录

一、写在开始

本章节我们重点掌握以太网交换机相关基础知识，这里再此强调一下，本专栏为系列知识，章节内容具有连贯性，建议初学者一定要按照顺序参考本专栏文章。

二、共享式与交换式以太网

什么是以太网？

传输标准EthernetⅡ类型帧的网络。多路访问，广播式的网络。

什么是共享式以太网？

共享式以太网中，所有的终端主机都处于同一个冲突域中，局域网中的所有接入终端共享总线的带宽。

什么是交换式以太网？

在交换式以太网中，交换机的每个端口处于独立的冲突域中，终端主机独占端口的带宽。

以太网帧格式？

 

 

 

什么是mac地址？

  • 每台网络设备生产的时候就会写入的一个全球唯一的物理地址
  • 格式是48位长度，16进制格式
  • 前24位厂商标识，后24位设备标识

样式

三、交换机的MAC地址表学习过程

交换机：

工作在数据链路层，通过识别Mac地址来进行数据转发的设备

MAC地址表：

我们都知道以太网的数据帧封装都是有Mac地址的，设备也是通过Mac地址来查找的，为了避免设备的转发过程不知道目的Mac而选择广播，所以设备就产生一个表格来记录不同接口上设备的mac地址。
所以Mac地址表记录交换机每个端口和所连接的设备的Mac地址的映射关系，每个端口可以对应多个Mac地址，一个Mac地址不能对应对应多个接口，动态Mac地址表中默认Mac地址老化时间为300S，而静态是永久的，除非手动删除。

学习过程：

实验环境：

一台交换机、四台IP地址已经设置好的PC

开始实验：

  1. 设备启动
    此时SW1设备的Mac地址表为空，Mac地址表存放在ROM中，设备重启就会清空。
# 查看设备mac地址表
<SW1>dis mac-address 
MAC Address      VLAN ID    State            Port/Nickname            Aging
  1. PC_2发出数据帧
    此时PC_2发出数据帧（这里故意Ping一个不存在的设备，目的是为了保障其他设备不会回复），交换机把PC_2的帧中的源Mac地址与接收到此端口的接口关联起来。然后交换机SW1把PC_2的帧从除接收到该帧接口外的其他所有接口发送出去。
# Ping命令
<H3C>ping 192.168.0.100
Ping 192.168.0.100 (192.168.0.100): 56 data bytes, press CTRL_C to break
Request time out
Request time out
Request time out
Request time out
Request time out
--- Ping statistics for 192.168.0.100 ---


#查看设备的Mac地址表
< SW1>dis mac-address 
#Mac地址		VLAN ID			状态					接口					存活状态
MAC Address      VLAN ID    State            Port/Nickname            Aging
16ba-9864-0206   1          Learned          GE1/0/2                  Y
  1. 设备回应记录Mac地址
    如果PC3 Ping发出ICMP请求报文的时候，PC2的Mac地址表没有老化就会直接转发给PC2，PC2回应后刷新Mac地址表中的PC2记录。
# PC3 Ping PC2
<H3C>ping 192.168.0.2
Ping 192.168.0.2 (192.168.0.2): 56 data bytes, press CTRL_C to break
56 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=0 ttl=255 time=1.752 ms
56 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=1 ttl=255 time=1.135 ms
56 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=2 ttl=255 time=0.864 ms
56 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=3 ttl=255 time=1.056 ms
56 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=4 ttl=255 time=1.050 ms
--- Ping statistics for 192.168.0.2 ---

# 查看SW1设备上的Mac地址表
<SW1>dis mac-address 
MAC Address      VLAN ID    State            Port/Nickname            Aging
16ba-9864-0206   1          Learned          GE1/0/2                  Y
16ba-9f2b-0306   1          Learned          GE1/0/3                  Y

如果PC4 Ping发出ICMP请求报文的时候，没有PC5的Mac地址表记录时候，交换机SW1把PC4的帧从除接收到该帧接口外的其他所有接口发送出去，PC5发现查找到IP地址是自己后就会单播回应PC4，然后根据PC5回应的报文的源Mac和对应接口和VLAN（下一章节会详细介绍）进行记录。

# PC4 Ping PC5
<H3C>ping 192.168.0.5
Ping 192.168.0.5 (192.168.0.5): 56 data bytes, press CTRL_C to break
56 bytes from 192.168.0.5: icmp_seq=0 ttl=255 time=1.961 ms
56 bytes from 192.168.0.5: icmp_seq=1 ttl=255 time=1.278 ms
56 bytes from 192.168.0.5: icmp_seq=2 ttl=255 time=1.039 ms
56 bytes from 192.168.0.5: icmp_seq=3 ttl=255 time=0.968 ms
56 bytes from 192.168.0.5: icmp_seq=4 ttl=255 time=0.956 ms
--- Ping statistics for 192.168.0.5 ---


<SW1>dis mac-address 
MAC Address      VLAN ID    State            Port/Nickname            Aging
16ba-9864-0206   1          Learned          GE1/0/2                  Y
16ba-9f2b-0306   1          Learned          GE1/0/3                  Y
16ba-a468-0406   1          Learned          GE1/0/4                  Y
16ba-a78e-0506   1          Learned          GE1/0/5                  Y

四、交换机对数据帧的转发与过滤


根据上述拓扑图，根据SW1设备的Mac地址我们解释单播、广播、组播

单播：
接收者是某一个设备
比如说PC2现在想给PC3的目的Mac地址帧发送数据，则SW1设备会直接通过GE1/0/3发送出去。

广播：
接收者是所有其他设备
（1）如果PC2现在想给一个Mac地址表中没有记录的网络设备发送数据的时候，则SW1设备会将除PC2对应接口以外的其他接口发送出去。
（2）如果PC2现在想给一个目的Mac地址为FFFF-FFFF-FFFF发送数据的时候，则SW1设备会将除PC2对应接口以外的其他接口发送出去。
我们将FFFF-FFFF-FFFF这一特殊的Mac地址称为广播Mac。

组播：
接收者是某一部分设备
组播指的是一些特定的设备接收特定Mac地址
这一章节后面会详细介绍，这里简单介绍一下。

数据帧的过滤：
如果存在另外某台网络设备X都在同一接口上，其Mac地址也在GE1/0/2上，当X设备访问PC2时候，SW1收到X发来的数据帧的时候，根据目的查找Mac地址表发现X和PC2都在同一接口的时候，SW1设备就会将丢弃此数据帧。

五、广播域

所有能接收到同样广播消息的设备的集合。在网络中，某一设备同时向网络中的所有其他设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域。默认情况下，交换机的所有端口属于同一广播域，路由器能够隔离广播域。
路由器或三层交换机的三层接口处于独立的广播域中，终端主机发出的广播帧在三层接口被终止。
前面我们还提到过冲突域，Hub设备的所有接口就属于同一冲突域，而交换机就能够隔离冲突域。

六、小结

本章节我们首先了解到共享式以太网中所有终端共享总线带宽，交换式以太网中每个终端处于独立的冲突域，然后我们介绍了交换机根据接收到的数据帧的源地址进行MAC地址表的学习，交换机会根据MAC地址表对数据帧进行转发和过滤然后还提到路由器或三层交换机的三层接口属于独立的广播域。

结束语

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